高考申論題
107年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 一 題
📖 題組：
自然水中的鉛（Pb）常以 PbS(s)和 PbCO3(s)存在，當水質為酸性時會溶解出 Pb2+，溶解性的鉛進入人體會造成傷害，若以 PbS(s)為自然水存在物種。又依據下列反應條件： PbS(s) ⇄ Pb2+(aq) + S2-(aq) Ksp = 8.4 × 10-28 S2-(aq) + H+(aq) ⇄ HS-(aq) K1 = 7.7 × 1012 HS-(aq) + H+(aq) ⇄ H2S(aq) K2 = 1.0 × 107
自然水中的鉛（Pb）常以 PbS(s)和 PbCO3(s)存在，當水質為酸性時會溶解出 Pb2+，溶解性的鉛進入人體會造成傷害，若以 PbS(s)為自然水存在物種。又依據下列反應條件： PbS(s) ⇄ Pb2+(aq) + S2-(aq) Ksp = 8.4 × 10-28 S2-(aq) + H+(aq) ⇄ HS-(aq) K1 = 7.7 × 1012 HS-(aq) + H+(aq) ⇄ H2S(aq) K2 = 1.0 × 107
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
計算下列反應之平衡常數（K）值：（5 分）
PbS(s) + 2H+(aq) ⇄ Pb2+(aq) + H2S(aq)
思路引導 VIP
看到這題應先聯想到「多重平衡的計算規則」，即多個化學反應方程式相加減以得到目標反應式時，平衡常數的對應運算法則。透過觀察目標方程式，發現將題目給定的三個已知反應式直接相加，即可消去中間產物得到目標反應，因此目標反應的平衡常數（K）即為已知三個平衡常數的連乘積。
小題 (二)
計算分別在 pH=2 及 7，自然水中鉛的莫爾濃度。（10 分）
思路引導 VIP
遇到水化學中固體溶解度受 pH 影響的題型，首要思考「質量平衡」與「條件溶解度（Conditional Solubility）」的概念。解題切入點為先利用酸鹼平衡常數推導出硫離子（S2-）的存在分率（α值）公式，再將其代入溶度積（Ksp）方程式中，即可順利解出不同 pH 條件下的鉛離子濃度。